拥抱第四代基因测序技术|Plug and Play独家对话NJRI

从预测罹患多种疾病的可能性,如高血压、肿瘤、糖尿病等,到分析个体行为特征并解释其合理性,比如口味偏好、酒量高低、运动习惯等,“基因测序”正在改变人类对自身的认知。

基因检测

基因检测,即通过体液或细胞对DNA进行扫描,在分子层面对人类身体进行解读。究其根本,人类都是23对染色体、2.5万个基因编码、30亿个碱基对组成的数据综合体。通过对DNA的解析,我们得以探究自己身体的奥义。

基因测序最初走进大众视线,凭借的是名人效应。乔布斯曾经花费10万美元进行癌症全基因组测序技术,在获得了个人基因组的信息后,医生为他开出相对精准的抗癌方案。著名影星安吉丽娜朱莉通过基因检测了解到自己有87%的乳腺癌患病概率后,毅然选择了预防性手术。

现如今,基因测序不再是少数精英阶层的专利,技术的多重迭代、测序成本的走低将这项技术带到普通人的身边。国内外基因测序市场正已前所未有的速度增长着,各种基因测序产品和服务层出不穷。然而基因测序的高度专业性,决定了技术壁垒将始终是行业痛点,缺少核心技术的国内基因检测企业,绕不开技术的引进和同质化产品的竞争。走出基因测序产业下游的竞争红海,引领技术革新是关键

本期独家对话Plug and Play成功投资的南京罗岛纳米技术有限公司(NJRI),解密最新的第四代基因测序技术并探究基因测序行业的发展前景。

本期嘉宾:

南京罗岛纳米技术有限公司(NJRI),经历15年研究的纳米技术,其创始人凌新生是TEM制作纳米孔技术的原创发明人之一。公司拥有三个核心专利作为第四代纳米孔基因测序技术的研究基础。

Q1

基因测序市场行情如何?

现阶段,国内基因测序企业层出不穷。与基因产业上下游相关的产品与服务已达到500家甚至更多,市面上针对消费者的基因测序产品令人眼花缭乱,不少企业称能够用极少量的体液预测一个人的各项指标,检测价格从几百元到上万元不等。在这样的背景下,我们应该如何理性看待基因测序技术市场化的现状,更好地把握基因测序行业动态?

NJRI:

首先要指出的是,基因测序技术的应用领域非常广泛,市场价值不可小觑。就目前国内而言,基因测序作为“精准医疗”的核心技术之一,已经应用于产前筛查、植入前胚胎遗传学、遗传病诊断、肿瘤诊断与治疗和生殖健康等方面。以肿瘤检测为例,作为在基因检测中占比最高的应用中,针对肿瘤的基因测序市场需求最大,可达百亿市场规模。与此同时,普通群众对于基因测序的认知度和接受度也在不断提高。基于BBC的市场调研报告,仅仅从2006年到2013年,基因测序的商业应用增长量高达2亿美元。

但从产业链的角度分析,我们会发现情况并不乐观。基因检测产业链分为上中下三个环节:上游主要负责测序仪的研发,核心技术掌握在Illumina等少数几个大企业手中,呈现出垄断的态势;中游提供检测+生物信息分析的测序服务;下游临床、科研等终端用户。目前五花八门的基因测序产品,主要围绕在产业链中下游,在已有的基因测序仪的应用层面展开激烈的市场竞争。而真正的行业命脉是上游市场,这块市场被少数几家垄断。比如Illumina,它的市场估值就达到63.2亿美元,同样强劲的还有Life Technologies,市值高达70.4 亿美元。极高的技术壁垒,成为众多中下游基因测序企业的发展痛点

Q2

基因测序技术研发到哪个程度?

从第一代的Sanger技术、第二代的Solexa-Illumina 技术,到第三代的单分子基因测序技术,基因测序技术迭代至今,已经走过漫长的革新之路。最近几年兴起的新一代测序技术——第四代DNA测序技术(即纳米孔测序技术),相较前几代的基因测序技术有什么革新之处?它又会给基因测序领域带来哪些变化?

NJRI:

第一代测序技术,主要基于 Sanger双脱氧终止法的测序原理,结合荧光标记和毛细管阵列电泳技术来实现测序的自动化,基本方法是链终止或降解法。目前NJRI正在开展Sanger机器国产化,致力于建立测序基准,探究该技术在不同场景的广泛适用性;第二代测序设备在通量、准确度上都有了较大的提高,同时测序成本也随之大幅度下降,成为商用测序的主流;第三代测序技术又称为单分子DNA 测序,即通过现代光学、高分子、纳米技术等手段来区分碱基信号差异的原理,以达到直接读取序列信息的目的,三代测序设备在DNA 序列片段读长上优于二代设备,但在准确度上较二代设备差。

但是第二代基因测序技术的局限性也显而易见:一是需要分子扩增,二是使用光学系统检测,这些限制了基因测序的推广,阻碍其走向产品和服务的消费时代。

第四代测序技术,又称纳米孔测序技术,其原理十分容易理解:分子在通过纳米孔道时,会对通过纳米孔的电流,或横穿过纳米孔的电流(隧穿电流)产生影响,而每种不同的分子通过时,对电流产生的影响具有可区别的差异。于是利用这种差异,纳米孔测序技术就可以识别基因中碱基(对)的排列顺序。纳米孔技术具有原基础上增加三十倍的超高读长,读取时间将从现有的几周缩短到几小时,将会颠覆基因测序行业NJRI已形成完整的固态纳米孔基片生产技术,并多次验证纳米孔的批量生产;与此同时,新型纳米孔的DNA测序校准技术的验证工作正在开展,我们已经完成多层纳米孔的制作和打孔、正在作DNA测序实验;我们还完成了改进多层纳米孔设计。

回到原先讨论的基因测序行业的技术痛点。换个思路,原先难以突破的技术壁垒对于各个基因测序企业而言既是挑战也是机遇。因为现阶段,成功把握第四代基因测序技术的浪潮成为制胜关键。突破基因测序技术走向消费级的技术难关,实现基因测序行业生态的可持续发展,这是每一个进入基因测序市场的企业应当认真考量的。

Q3

如何在现有基因测序市场获取一席之地?

基因测序是过去几年的投资热点。据估计,2016年基因测序企业市场融资金额达到百亿人民币。近期,同样致力于第四代基因测序仪研究的英国牛津纳米孔公司最新一轮融资中获得了1亿英镑(约1.39亿美元)的投资。

那么对于企业而言,如何实现自身产品与市场需求的充分结合,在紧跟潮流的同时最大化地保留竞争优势?

NJRI:

以我们公司为例,经历15年研究的纳米技术是NJRI与基因测序市场最大的结合点。NJRI是国内唯一一家可以批量生产制作纳米孔的公司,工艺技术上经过了5年的周期,在芯片结构和工艺上具有知识产权和优势。目前公司将继续发挥纳米孔生产上的优势,因为经过数据统计和市场分析,我们发现目前已有数百个研究组进行纳米孔DNA测序和生物传感研究,每一组每一年都需要1000到10000个纳米孔。纳米孔成本的降低将刺激创造更大的市场。

核心专利技术的掌握是另一大关注点。除了自身在纳米孔技术上的领先优势,NJRI对三个核心专利的获取,成为投身第四代基因测序仪开发工作的重要基础。牛津纳米孔公司的基因测序技术路径是生物材质,在准确率和稳定性上还有一定的不足,而NJRI的第四代测序仪在缩短读取时长的同时提高准确性。第四代测序仪研发成功后,将作为公司的主打产品进入市场,公司将以销售测序仪及其配套耗材获得收入。测序仪将形成不同的型号,具有不同的性能和功能以满足不同的应用需要,耗材包括纳米孔芯片、相关探针、磁珠及试剂。

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